Строительство и монтаж волоконно-оптических линий связи

Реферат

Строительство и монтаж волоконно-оптических линий связи

2009

1. Особенности и организация строительства ВОЛС

Общая информация, относящаяся к прокладке кабелей электросвязи, приведена в руководстве МСЭ-Т «Технология линейно-кабельных сооружений для сетей общего пользования». В нем содержится только информация особо важного значения или относящаяся исключительно к волоконно-оптическим кабелям линий связи.

Волоконно-оптические кабели имеют более низкие предельные нагрузки, чем металлические кабели, и при определенных обстоятельствах могут потребоваться специальные меры предосторожности и мероприятия, позволяющие обеспечить их успешную прокладку.

Это относится, в основном, к изгибам и натяжению ОК. При строительстве важно обращать особое внимание на рекомендации изготовителя, приведенные в ТУ, и установленные физические ограничения, а также не превышать заданные нормы нагрузки для любого конкретного кабеля. Повреждение, вызванное чрезмерной нагрузкой в процессе прокладки, может проявиться не сразу, однако оно может привести к отказу в процессе эксплуатации кабеля.

Минимальный радиус изгиба и максимальное натяжение являются критическими параметрами. Допустимые значения минимального радиуса изгиба и максимального натяжения различны для прокладки и последующего периода эксплуатации. Увеличивающееся натяжение сначала вызывает обратимое увеличение затухания, затем - необратимое и, наконец, может привести к повреждению волокна. При прокладке допускается большее значение натяжения, чем при эксплуатации. Минимальный радиус изгиба при прокладке, напротив, больше аналогичной величины, допустимой для последующей стадии, так как при увеличении нагрузки растет допустимое значение этого параметра. Поскольку во время прокладки кабель находится под нагрузкой, следовательно, и радиус кривизны должен быть больше. Допустимый после завершения прокладки радиус изгиба зависит от растягивающей нагрузки.

Значения минимального радиуса изгиба и максимальной нагрузки для кабелей внутренней прокладки (внутриобъектовых ОК) во время прокладки и во время эксплуатации ОК [1] приведены в табл. 1.

Таблица 1. Минимальный радиус изгиба и максимальное растягивающее усилие внутриобъектового ОК

Параметр	Условия, для которых он нормируется	Размерность	Значение параметра
Растягивающее усилие	При прокладке После прокладки	Н	400 50
Минимальный радиус изгиба	При прокладке без натяжения После прокладки без натяжения После прокладки при полном натяжении	мм	150 30 130

Строительство волоконно-оптических линий связи так же, как и электрических кабельных линий связи, осуществляется строительно-монтажными управлениями (СМУ), а также передвижными механизированными колоннами (ПМК), в системе которых организуются линейные или прорабские участки. Силами этих участков выполняется разбивка трассы линии и определение мест установки НРП на местности в соответствии с проектом на строительство, доставка кабеля, оборудования и других материалов на кабельную трассу, испытание, прокладка и монтаж кабеля и оконечных устройств, проведение приемосдаточных испытаний.

Организация, технология проведения линейных и монтажных работ имеет ряд отличий по сравнению с работами на традиционных электрических кабелях связи. Эти отличия в значительной степени обусловлены отсутствием параметров, характеризующих состояние элементов кабельного сердечника и его защитных покровов (сопротивление и электрическая прочность изоляции, герметичность оболочки), а также своеобразием конструкции ОК: критичностью к растягивающим усилиям; малыми поперечными размерами и массой; большими строительными длинами; сравнительно большими величинами затухания сростков ОВ; трудностями в организации служебной связи в процессе строительства ВОЛС с ОК без металлических элементов; недостаточным развитием методов и отсутствием доступных по цене серийно выпускаемых приборов для измерений и отыскания повреждений на ОК.

1.1 Подготовительные работы по строительству ВОЛС

Строительство и реконструкция ВОЛС осуществляются по утвержденным техническим проектам. В процессе подготовки к строительству, как правило, выполняются следующие основные виды работ: изучается проектно-сметная документация; составляется проект производства работ (ППР); решаются организационные вопросы взаимодействия строительной организации с представителями заказчика; проводится входной контроль ОК; решаются задачи материально-технического обеспечения; проводится подготовка персонала по выполнению основных строительно-монтажных операций.

Одним из основных документов строительства конкретной ВОЛС является ППР, который составляется производственно-техническим отделом строительной организации с участием прораба (мастера), руководящего строительством объекта. Проект производства работ составляется на основе подробного изучения проектно-сметной документации и обследования на местности трассы строящейся ВОЛС. В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на такие сложные участки как: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи.

1.2 Проведение входного контроля и группирование строительных длин ОК

При строительстве ВОЛС необходимо проводить 100%-й входной контроль ОК, поступающего от заказчика или завода-изготовителя. Вывоз барабанов с кабелем на трассу и прокладка кабеля без проведения входного контроля не разрешается.

В процессе входного контроля производятся внешний осмотр и измерение затухания. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям технических условий, прокладке и монтажу не подлежит. Если при внешнем осмотре установлена неисправность барабана, то обнаруженные незначительные повреждения устраняются собственными силами. Если барабан на месте отремонтировать невозможно, то с уведомления заказчика кабель с него перематывается на исправный барабан плотными и ровными витками. Не допускается перемотка с барабана на барабан, установленный на щеку. При перемотке необходимо визуально контролировать целостность наружной оболочки кабеля.

Входной контроль по затуханию проводится в сухих отапливаемых помещениях, имеющих освещение и розетки для подключения электрических приборов. Перед измерением затухания необходимо предварительно просветить ОВ любым источником света (например, гелиевым лазером). Если какие-либо оптические волокна не просвечиваются, то измерение затухания следует начинать с этих волокон. Результаты измерения затухания ОВ сравнивают с паспортными данными. Наиболее удобно при строительстве ВОЛС измерять затухание методом обратного рассеяния с помощью рефлектометра. В случае заметного расхождения с паспортными данными измерения можно перепроверить методом обрыва.

Следует отметить, что отличие результатов измерения затухания от паспортных данных может возникать за счет использования разных приборов и методов измерения.

Группирование строительных длин кабеля проводится после получения точных сведений о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечений железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах пролетов построенной канализации и типах колодцев. Для этого производится обследование трассы, и вносятся корректировки в проектную документацию.

При подборе строительных длин следует исходить из того, что на одном регенерационном участке (соединительной линии) должен быть кабель, изготовленный одним заводом (кроме случаев стыковки с ОК для подводных переходов), только одной марки, с одним типом ОВ и его защитных покрытий. При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в грунте, расчет производят таким образом, чтобы различные пересечения трассы приходились как можно ближе к концу строительной длины, а место расположения соединительной муфты было доступно для подъезда монтажно-измерительной автомашины.

При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, что после выкладки отходы кабеля должны быть минимальными. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас ОК на монтаж. Длина запаса кабеля для монтажа муфты должна составлять 10 м с каждой стороны при прокладке в грунте и 8 м при прокладке в канализации.

По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая вместе с паспортами прикладывается к сдаточной документации ВОЛС.

Группирование кабеля по дисперсии требует принятия специальных мер. Как упоминалось ранее, современные транспортные системы с большой пропускной способностью используют усилители на основе волокна, легированного эрбием, и метод мультиплексирования путем разделения времени (TDM) и/или метод мультиплексирования путем волнового уплотнения (DWDM) для максимизации пропускной способности одномодового волокна.

Оптический сигнал, распространяясь по волокну, подвергается различным искажениям, одним из которых является расширение сигнала за счет хроматической дисперсии. Расширение зависит от дисперсии волокна, ширины спектра лазерного источника и выбранной для данного канала скорости передачи. Для современного состояния технологии построения передатчиков удельный вес такого искажения возрастает как квадрат скорости передачи. Таким образом, системы со скоростью передачи 10 Гбит/с требуют максимальной величины дисперсии в 1/16 от допустимой дисперсии в системах, работающих при скоростях передачи 2,5 Гбит/с.

Другой вид искажений может иметь место в системах с мультиплексированием за счет волнового уплотнения, когда по волокну одновременно распространяются несколько несущих с различными длинами волны. Здесь возможно смешивание несущих и возникновение нелинейного эффекта, известного под названием «смешивания четырех волн». Подобный эффект вызывает взаимные помехи между каналами и может стать главной причиной ограничения показателей качества для систем с оптическими усилителями.

Волокно TrueWave, разработанное для преодоления эффектов расширения импульсов и смешивания четырех волн, возникающих в системах с оптическими усилителями и многоканальных системах при больших скоростях передачи, запатентовано фирмой Lucent Technologies. Хроматическая дисперсия в данном волокне имеет специально подобранное оптимальное значение в пределах полосы пропускания оптических усилителей и достаточно мала, чтобы поддерживать высокие скорости передачи на большие расстояния без средств компенсации дисперсии. В то же время, дисперсия волокна достаточно велика для подавления эффекта смешивания четырех волн. Последнее достигается благодаря снижению до минимума возможности совпадения фаз несущих разных каналов в системе с мультиплексированием за счет волнового уплотнения.

Волокно TrueWave имеет коэффициент хроматической дисперсии от 1,3 до 5,8 пс/(нм км) в полном диапазоне длин волн от 1530 до 1565 нм, что определяется стандартными параметрами волокна с ненулевой дисперсией. Такое волокно допускает скорость передачи 10 Гбит/с и способно передавать сигналы на расстояния до 250 км между точками регенерации. Еще больших расстояний можно достичь, либо за счет использования передатчиков с отрицательным чирпом, либо за счет использования компенсации с целью уменьшения положительной дисперсии в волокне TrueWave.

Протяженность передачи сигналов для волокна типа TrueWave может быть увеличена за предел в 250 км путем включения в линию участков компенсирующего дисперсию волокна. Большая отрицательная дисперсия этих участков приводит к тому, что импульсы, расширившиеся благодаря положительной дисперсии волокна типа TrueWave, снова сжимаются. Компенсирующее дисперсию волокно обычно оформляется в виде компенсирующих модулей, включаемых в одной или нескольких точках расположения повторителей. Эти модули увеличивают допустимую длину участков, нормально ограниченную дисперсией, но в то же время занимают место и вносят в линию дополнительные оптические потери. Эти потери, в свою очередь, могут потребовать дополнительных усилителей, которые нельзя исключить за счет использования линий с управляемой дисперсией. Такие линии строятся из волокна, знак дисперсии в котором периодически изменяется.

Для управления дисперсией линию передачи составляют из волокон, имеющих положительную и отрицательную дисперсии. Этот метод применяется уже в течение многих лет при создании подводных оптико-волоконных линий, теперь управление дисперсией доступно и для наземных линий.

В наиболее элементарной форме линия с управляемой дисперсией строится как линия, состоящая из чередующихся участков кабеля с волокнами с отрицательной дисперсией, (TrueWave-), и участков кабеля с волокнами с положительной дисперсией (TrueWave+), либо обычного кабеля с волокном с несмещенной дисперсией. Каждый из таких участков подавляет местное образование таких нелинейных эффектов, как смешение четырех волн, в то время, как малая средняя величина дисперсии вдоль участка между регенераторами снижает эффект расширения импульса. Если правильно выбрать длину каждого из отмеченных выше участков, то линия практически не будет требовать компенсации дисперсии. Подобную линию можно назвать «самокомпенсирующейся».

Волокно TrueWave+ [коэффициент хроматической дисперсии от 1,3 до 5,8 пс/(нм км)] обеспечивает передачу с волновым уплотнением в пределах всего диапазона длин волн от 1530 до 1564 нм. Волокно TrueWave - [коэффициент хроматической дисперсии от -5,5 до -1,0 пс/(нм км)] представляет собой добавку с отрицательной дисперсией. Совместное использование этих волокон осуществляет взаимную компенсацию, минимизируя эффект расширения импульсов и исключая необходимость в специальном компенсирующем оборудовании. Наименьшая абсолютная величина отрицательной дисперсии в волокне (TrueWave - ) обеспечивает оптимальное согласование с учетом сжимающего импульсы влияния эффекта фазовой самомодуляции, возникающего в волокне (TrueWave+).

Таким образом, управление дисперсией при использовании волокон TrueWave практически устраняет необходимость в дополнительных затратах и включении дополнительных деталей; открывает всю полосу пропускания от 1530 до 1565 нм.

В сбалансированном кабеле TrueWave волокна с положительной и отрицательной дисперсиями в дальнейшем можно перекомбинировать для достижения скоростей передачи 20 Гбит/с и 40 Гбит/с по одному каналу, а протяженность этих линий увеличивается до 1000 км при скорости передачи в 10 Гбит/с по оному каналу. Пример группирования длин ОК с волокнами TrueWave по длине трассы приведен на рис. 1.

Рис. 1.

Для обеспечения идеальной компенсации дисперсии волокна TrueWave+ и TrueWave- должны иметь слегка отличные дисперсии. Например, была осуществлена передача на расстояние 640 км по 32 каналам, несущая в каждом из которых модулировалась со скоростью 10Гбит/с. Это было достигнуто попеременным включением участков волокон TrueWave с положительной и отрицательной дисперсиями без использования дополнительных средств компенсации дисперсии (рис. 2).

Рис. 2. Линия с управляемой дисперсией, использующая волокна (TrueWave+) и (TrueWave - )

Фирма Lucent Technologies предлагает методику создания сетей, основанную на двух следующих способах создания линий с управлением дисперсией:

* два типа кабелей. Один кабель содержит только волокна TrueWave+, другой - только волокна TrueWave-. Эти кабели прокладываются через определенные интервалы;

* кабель одного типа, а именно сбалансированный TrueWave кабель, который содержит одинаковое количество волокон TrueWave+ и TrueWave-. При монтаже муфт волокна перекрещиваются через определенные интервалы по длине трассы.

Сбалансированный кабель TrueWave дает возможность устранить некоторые из препятствий, возникающих при внедрении управления дисперсией. При этом можно заказывать, устанавливать и снабжать соответствующей документацией только один тип кабеля. Более того, в любом месте всегда будет доступно волокно с нужным знаком дисперсии.

2 Прокладка и подвеска оптических кабелей

2.1 Прокладка ОК в телефонной канализации

2.1.1 Общие требования к прокладке ОК

Технология прокладки ОК, в основном, та же, что и для электрических кабелей связи. Специфика прокладки ОК определяется более низким уровнем допускаемой механической нагрузки; поскольку от нее зависит затухание ОВ. Кроме того, нагрузка, превышающая допустимый уровень, может сразу привести либо к разрыву волокна, либо к дефектам ОВ (микротрещины и т. п.), которые в процессе эксплуатации кабеля за счет действия механизма усталостного разрушения также приведут к повреждению ОВ. Особенно чувствительны ОВ к механическим нагрузкам при низких температурах.

Для сокращения числа соединений и соответственно потерь на сростках используются большие строительные длины ОК, что создает при их прокладке дополнительные нагрузки.

Чтобы уровень нагрузки не превышал допустимый, необходимо принимать дополнительные меры и использовать специальное оборудование.

В условиях эксплуатации прокладка и монтаж кабелей производится при замене поврежденных участков, изменении емкости или трассы кабеля, а также при реконструкции сети.

В каналы кабельной канализации кабели затягивают через смотровые устройства. Каналы предварительно проверяют и при необходимости прочищают. ОК должен прокладываться при температуре воздуха не ниже минус 10^оС, допускается прокладка при температуре до минус 20^оС после прогрева их на барабанах. В частности, нормативно-технической документацией предусматриваются непрерывный контроль продольных нагрузок на ОК, а также меры, ограничивающие механические нагрузки на ОК в процессе его прокладки и обеспечивающие защиту в процессе эксплуатации.

2.1.2 Механические нагрузки при затягивании ОК в каналы кабельной канализации и меры по их ограничению

Прокладка ОК в кабельной канализации может выполняться вручную или механизированным способом с использованием комплекта приспособлений для прокладки кабеля. При разработке технологии прокладки ОК необходимо учитывать метраж строительных длин ОК, уровень допустимых механических нагрузок на кабель и соответственно их ограничение при прокладке кабеля.

Растягивающее усилие (T) зависит от массы единицы длины кабеля (Р_о), коэффициента трения (К_Т), длины кабеля (l) и характера трассы кабельной канализации. Эту величину можно определить по следующим формулам:

для прямолинейного участка

, (1)

для участков с углом наклона б

, (2)

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Коэффициент трения между оболочкой ОК и каналом кабельной канализации зависит от диаметра кабеля, скорости тяжения и параметров канала кабельной канализации. Для полиэтиленовых труб он равен 0,29, для асбоцементных - 0,32, для бетонных - 0,38.

Затягивание кабеля в канал кабельной канализации неизбежно связано с повышением изгиба, на которых имеет место поперечное сжатие ОК. При малых радиусах изгиба возникают и развиваются дефекты ОВ, вызвающие увеличение потерь в волокне и разрушение его как при прокладке в кабельной канализации, так и при эксплуатации. При изгибах трассы кабельной канализации растягивающее усилие, прикладываемое к кабелю, возрастает.

Увеличение тягового усилия на изгибе трассы на угол и, рассчитывается по формуле:

. (3)

При этом боковое давление на кабель

, (4)

где R_изг - радиус изгиба кабеля.

Расчетные значения натяжения ОК типа ОКЛБг-2-М12 производства ОАО «Одескабель» при прокладке в разных видах труб кабельной канализации на секции с искривлением трассы приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что при поворотах трассы на угол б = 90^о тяговое усилие, прикладываемое к кабелю длиной в 2 км в полиэтиленовых и асбестоцементных трубах, увеличивается по сравнению с тяговым усилием на прямолинейном участке (б = 0^о) примерно на 1000 Н, а в бетонных трубах - 2000 Н.

Таблица 2. Натяжение кабеля ОКЛБг-2-М12 массой 323 кг на секции с искривлением трассы

Угол б	Полиэтилен, Кт=0,29	Асбестоцемент, Кт = 0,32	Бетон, Кт = 0,38
	l=1 км	l =2 км	l =км	l =2 км	l =1 км	l =2 км
0	917,966	1835,932	1012,928	2025,856	1202,852	2405,704
30	1068,495	2136,985	1197,692	2395,385	1467,651	2935,301
45	1152,773	2305,546	1302,353	2604,706	1621,168	3242,335
60	1243,702	2467,404	1416,159	2832,318	1790,743	3581,485
90	1447,642	2895,284	1674,475	3348,951	2184,961	4369,922

Если не применять специальных мер, то при затягивании ОК возникает осевое закручивание. Кроме того, при эксплуатации кабель, проложенный в канализации, подвергается механическим воздействиям. Таким воздействиям например, подвергаются уже проложенные в каналах кабели при заготовке канала для прокладки другого кабеля (особенно при использовании металлических палок в заиленных каналах и т.д.), докладке тяжелых массивных кабелей, вытяжке уже проложенных кабелей из канала.

Для защиты ОК от механических перегрузок при прокладке и эксплуатации применяют трубы кабельной канализации с уменьшенным коэффициентом трения и используют при прокладке тяговую систему с распределением тягового усилия. Особое внимание при прокладке ОК следует уделить мерам по снижению коэффициента трения. В основном они сводятся к использованию механизма вращения барабана и тягового каната (троса) оптимальных конструкций, а также вспомогательных (защитных) трубопроводов (субканалов).

В качестве защитных трубопроводов применяются полимерные трубы, проложенные в канале кабельной канализации. Они фактически разделяют канал, позволяют оставлять место для последующей прокладки новых кабелей и обеспечивают защиту проложенных в них ОК в процессе эксплуатации при производстве работ в данном канале кабельной канализации. В одном канале кабельной канализации (диаметром 100 мм) располагают не более трех-четырех вспомогательных трубопроводов из полиэтиленовых труб диаметром 32 мм.

Применение вспомогательных трубопроводов существенно снижает коэффициент трения кабеля (троса) при затягивании кабеля и создает условия для прокладки ОК большой длины. Наиболее распространены вспомогательные трубопроводы из гладких пластмассовых труб. Более эффективны с точки зрения уменьшения трения гофрированные вспомогательные трубопроводы. Применяют также вспомогательные трубопроводы ребристой конструкции, имеющие более высокий предел прочности на растяжение по сравнению с гофрированными и меньший коэффициент трения по сравнению с гладкими трубопроводами. Кроме того, наружные ребра трубопровода обеспечивают линейность прокладки в главном канале.

Для уменьшения трения при затягивании кабеля во вспомогательный трубопровод используются смазочные материалы на основе минеральных масел, смазка должна быть безопасна и безвредна для кабеля, окружающей среды и обслуживающего персонала.

В качестве смазочного материала, вводимого во вспомогательный трубопровод, чешская фирма Sitel предложила использовать мультивискозную смазку Lubaduk, которая является высококачественным лубрикантом для кабелей. В состав лубриканта входит смесь из воды, силиконового масла, пластиковых микросфер и материала, повышающего чувствительность скольжения. Смазка Lubaduk вводится в субканал после сращивания строительных длин трубок и перед прокладкой ОК (рис. 3).

Чешская фирма Dura-line СТ на внутреннюю поверхность субканалов наносит твердую сухую смазку типа Silikor. Равномерное распределение этой смазки по поверхности трубы уменьшает коэффициент трения между субканалом и оболочкой кабеля до 0,1. Silikor обладает стабильными параметрами в течение 50 лет. Из-за отсутствия прилипания к субканалу ОК его можно, при необходимости, заменять в любое время.

Для уменьшения значения коэффициента трения оболочки ОК о внутреннею поверхность трубы кабель прокладывают с помощью вдувания микрошариков. При подготовке к вдуванию ОК в каналы кабельной канализации или в субканалы кабель присоединяется к поршню с помощью кабельного захвата. На конец трубопровода крепится ниппель для сжатого воздуха, снабженный уплотнительным кольцом, и устанавливается приводной механизм двигателя. При подаче сжатого воздуха поршень, находящийся в трубе, движется вперед, затягивая за собой кабель. Скорость вдувания потока воздуха регулируется. Система вдувания обеспечивает прокладку кабеля длиной до 2000 м и более.

Чем длиннее кабель, тем медленнее он протягивается в трубопроводе. Скорость протягивания определяется до начала прокладки с учетом характера трассы. Она плавно увеличивается после начала протягивания и затем поддерживается постоянной. Рывки недопустимы. При использовании материалов, уменьшающих трение, скорость протягивания может достигать на прямолинейных участках 10...30 м/мин, а в изогнутых трубах - 3...10 м/мин.

Рис. 3. Оптический кабель во вспомогательном трубопроводе со смазкой Lubaduk

При прокладке ОК с помощью нейлоновых микрошариков используется специальный пистолет, с помощью которого на кабель в смотровых устройствах кабельной канализации наносятся шарики размером от 200 до 500 мкм. Шарики могут выстреливаться и в трубу. Микрошарики резко снижают коэффициент трения, так как кабель в данном случае не скользит, а катится. Для труб из полиэтилена коэффициент уменьшается с 0,25...0,5 до 0,045...0,06.

Наиболее эффективно большие длины ОК в канализацию затягиваются с помощью промежуточных тяговых устройств. Лебедка, используемая для промежуточного тяжения кабеля, должна иметь стабильное тяговое усилие меньше допустимого натяжения кабеля. Чтобы кабель не сплющивался давление на кабель не должно быть большим. Лебедка должна быть компактной и легкой, чтобы можно было ее монтировать в кабельном колодце.

При затягивании ОК большими длинами применяется такая организация работ, когда вся длина кабеля затягивается ступенями с образованием и последовательной выборкой петель. Наиболее распространен способ укладки ОК восьмеркой, когда кабель затягивается в канализацию от середины участка в обе стороны.

В тех случаях, когда прокладывают ОК в каналы, занятые электрическими кабелями, появляется опасность повреждения ОК при его затяжке по причине заклинивания, а также при проведении ремонта ранее проложенных электрических кабелей. В таких случаях необходимо длины прокладываемого ОК выбирать так, чтобы избежать превышения допустимой для данного типа кабеля нагрузки.

Для предотвращения повреждения кабеля и получения требуемого радиуса изгиба на входе и выходе канала кабельной канализации, а также в угловых колодцах применяется специальное оборудование, включающее направляющие устройства и обеспечивающее плавный поворот прокладываемого кабеля. При коэффициенте трения 0,5 и угле поворота трассы прокладки 90^о усилие тяжения возрастает в 2,2 раза по сравнению с усилием тяжения на прямолинейном участке такой же длины. Специальные направляющие устройства и приспособления снижают коэффициент трения до 0,2, а тяговое усилие до 40 %. Для предотвращения осевого закручивания ОК предусматриваются компенсаторы кручения.

Механические нагрузки на кабель в процессе его прокладки в канализации во многом определяются случайными факторами. Поэтому при прокладке ОК обязательно используются устройства, обеспечивающие измерение и ограничение (управление) силы натяжения, фактически действующей в кабеле. Тяговое усилие измеряется либо в начале кабеля, либо на лебедке, поскольку именно в этих точках сила натяжения, действующая на кабель, максимальна.

Измерение тягового усилия в начале кабеля дает возможность оценить величину натяжения, реально действующего в кабеле, а также избежать превышения максимально допустимого тягового усилия. Для этого лебедка оборудуется тягово-измерительным тросом, передающим информацию о тяговом усилии от головки кабеля к регистратору лебедки (по медному проводу, вмонтированному в трос), либо используется барабанная лебедка с обычным стальным троссом, оборудованная чувствительным измерительным прибором (ограничителем тяжения) и устройством регистрации. Использование простых лебедок, измерительного (ограничительного) устройства и обычного троса, который дешевле тягово-измерительного по крайней мере в 5 раз, не требует дополнительного обучения обслуживающего персонала. При этом обеспечивается безопасное протягивание кабеля, поскольку сила натяжения в начале кабеля всегда меньше силы, регистрируемой на лебедке.

Устройства, которые размещаются в месте стыка кабель - трос, включают механические плавкие предохранители (растяжение или разрыв) и датчики, с которых можно снимать информацию, относящуюся к управлению лебедками. Устройства на лебедке включают (в зависимости от типа лебедки) механические зажимы, остановочные моторы и гидравлические перепускные клапаны, установленные на заранее определенную нагрузку, и системы динамометр/кабель, контролирующие величину натяжения кабеля, что обеспечивает обратную связь для управления лебедкой.

Все эти системы предназначены для ограничения или остановки работы лебедок, когда нагрузки, которым подвергается кабель, приближаются к опасному уровню.

2.1.3 Подготовка кабельной канализации, приспособления и устройства для прокладки ОК

Подготовка кабельной канализации к прокладке ОК включает устройство ограждений, подготовку колодцев и каналов кабельной канализации, прокладку полиэтиленовой трубы (вспомогательного трубопровода) в канале, заготовку вспомогательного трубопровода. После установки ограждений открывают люки смотровых устройств и проверяют их на наличие углекислого газа и метана. При наличии газов смотровые устройства вентилируют. Откачку воды из колодцев и их вентилирование проводят, как правило, с помощью универсального устройства АКМ-4.

Для прокладки ОК по возможности используют каналы, расположенные в середине блока кабельной канализации по вертикали и у края канализации по горизонтали. ОК предпочтительнее прокладывать в полиэтиленовых трубах, например, типа ПНД-32 (вспомогательных трубопроводах), предварительно проложенных в каналах канализации.

Кабель в свободных каналах прокладывается только, если в эти каналы не будут докладываться другие кабели связи с металлическими проводниками. Для докладки используются только однотипные ОК и прокладывают их 5-6 шт в свободном канале в полиэтиленовой трубе. Строительные длины кабеля 2000 м и более прокладываются обязательно в полиэтиленовых трубах. Полиэтиленовую трубу прокладывают либо с бухты, установленной у колодца на передвижном тамбуре, либо с бухты вручную. Конец трубы, оснащенный наконечником, вводят в канал и поступательным движением проталкивают на всю длину пролета (пролетов). При наличии транзитных колодцев трубу подтягивают. Если трубу из-за препятствий в канале невозможно продвинуть, ее надо несколько раз повернуть вокруг оси с одновременным проталкиванием.

В каждом колодце полиэтиленовую трубу обрезают ножовкой, оставляя запас 200...250 мм от канала и устанавливают противоугон (рис. 4), который представляет собой упор, препятствующий смещению трубы при ее заготовке проволокой (тросом) и прокладке (с учетом направления).

Рис. 4. Установка противоугона на субканал

Заготовку труб кабельной канализации и субканалов производят стальной оцинкованной проволокой диаметром 3 мм или стальным тросом. Выполняют это стеклопластиковым прутком или пневмопроходчиком.

Стеклопластиковый пруток наиболее эффективен при наличии на трассе большого числа коротких пролетов. Пневмопроходчик рекомендуется применять на пролетах от 80 до 150 м.

Перед началом работ на пруток надевают головной и хвостовой наконечники и закрепляют их. К последнему при проходе всего прутка в полиэтиленовую трубу прикрепляют заготовку - проволоку или трос. Протяжка прутка с заготовкой ведется монтажниками, которые рассредоточиваются по транзитным колодцам.

Заготовка полиэтиленовой трубы с помощью пневмоустройства осуществляется двумя рабочими. У головного колодца устанавливают канатную лебедку и заряженный баллон со сжатым воздухом (можно использовать компрессор). К канату присоединяют компенсатор кручения, а затем поршень пневмозаготовочного устройства. Поршень вводят в заготавливаемую полиэтиленовую трубу. На входе трубы устанавливают торцевую пробку, через котоpyю пропускают канат, и подводят пневмомагистраль. Собранное устройство вводят до упора и вручную максимально сжимают резиновый уплотнитель. Открывают вентиль баллона и устанавливают рабочее давление 0,7...0,8 МПа (7...8 атм). Затем резко нажимают рычаг пневмокрана, при этом через гибкий рукав в канал подается воздух. Под действием сжатого воздуха поршень движется, затягивая в канал канат. Окончание прострела определяют по ослабеванию каната. После этого рычаг пневмокрана отпускают и перекрывают вентиль. Затем с помощью каната в трубу затягивают проволоку или трос.

Заготовку свободного канала при прокладке кабеля без вспомогательного трубопровода производят в соответствии с инструкцией прокладки электрических кабелей связи. Заготовка канала, в котором уже проложен ОК без вспомогательного трубопровода, должна осуществляться либо стеклопрутком, либо полиэтиленовой трубкой. В состав комплекта для прокладки ОК в канализации в обязательном порядке должны входить:

* лебедка проволочная ручная или лебедка универсальная для заготовки каналов, прокладки полиэтиленовой трубы с помощью проволоки (троса), затягивания кабеля (рис. 5);

Рис. 5. Ручная лебедка

* устройство для размотки кабеля с барабанов, кабельный транспортер (рис. 6) или козлы-домкрат;



Рис. 6. прокладка кабеля в канализации кабельной машиной: 1-колено; 2-кабель; 3-предохранительная втулка (воронка); 4-блок; 5-штанга; 6-серьга; 7-чулок; 8-карабин; 9-компенсатор кручения; 10-заготовка

· труба направляющая гибкая для ввода кабеля через люк колодца от барабана до канала канализации (рис. 7);

Рис. 7. Прокладка ОК в кабельной канализации вручную: а - вид сбоку; б - вид сверху; 1 - труба направляющая ТНГ; 2 - барабан с кабелем; 3 - устройство УРКР; 4 - воронка канальная БКП; 5 - ролик верхний; 6 - ролик нижний; 7 - лебедка проволочная ручная ЛПР; 8 - чулок кабельный ЧСК-12; 9 - компенсатор кручения ККР; 10 - распорка РГВ; 11 - блок кабельный БЛК

* комплект люкоогибных роликов для направления прохождения заготовки (троса, проволоки) и кабеля через люк последнего колодца (рис. 5 и 8);

Рис. 8. Устройство нижнего ролика для обхода нижней кромки люка колодца

* горизонтальная распорка внутренняя и блок кабельный для внутреннего поворота кабеля в угловом колодце (по числу угловых колодцев) (рис. 9);

Рис. 9. Устройство для плавного изменения направления тяжения ОК: 1-горизонтальная распорка; 2-поворотное устройство

* воронки направляющие на трубу кабельной канализации и на полиэтиленовую трубу, проложенную в канале, для предотвращения повреждения кабеля и Обеспечения требуемого радиуса изгиба на входе и выходе канала (по две штуки в колодец) (рис. 6 и 7);

* чулок кабельный ЧСК-12К с наконечником, чулок кабельный ЧСК-12 и наконечник НКС для тяжения кабеля за центральный силовой элемент и полиэтиленовую оболочку (рис. 10);



Рис. 10. Кабельный наконечник для одновременного натяжения за армирующий элемент и оболочку ОК (а); кабельный наконечник с компенсатором кручения и чулком (б); чулок без наконечника (в):1-армирующий элемент; 2-оболочка кабеля; 3-компенсатор кручения; 4-резьбовой соединитель; 5-кабельный чулок; 6-ОК

* компенсатор кручения для исключения осевого скручивания прокладываемого кабеля (рис. 10 а, б);

* противоугон для предотвращения смещения вспомогательного трубопровода при его заготовке проволокой или тросом и прокладке кабеля (рис. 4).

Для прокладки волоконно-оптических кабелей в подземной канализации вполне пригодны большинство управляемых лебедок и систем, рассчитанных на обычные скорости работы. К ним относятся концевые лебедки для протяжки с первичными двигателями различных типов, промежуточные лебедки для прокладки больших строительных длин, и, в случае необходимости, устройства дистанционного управления прокладкой кабелей. Промежуточные лебедки (кабестан или на гусеничном ходу) и/или оборудование дистанционного управления прокладкой кабеля должны работать синхронно, что позволит избежать чрезмерных усилий, прикладываемых к волокну; следует учитывать тот факт, что некоторые промежуточные лебедки (типа кабестана) могут закручивать кабель. Для прокладки волоконно-оптического кабеля необходимы заготовки (тросы или шнуры), с малым удельным весом и большим модулем упругости. Длинные заготовоки могут успешно использоваться только при правильной технологии прокладки. Применять шнуры и тросы нужно с большой осторожностью, если в канализации уже проложены волоконно-оптические кабели. Следует избегать узлов на шнурах или тросах.

Чтобы не превышать допустимых растягивающий усилий при натяжении в процессе прокладки ОК необходимо удостовериться в пригодности направляющих систем и устройств и учитывать критерии изгиба, установленные ТУ на кабель. Как правило, минимальный радиус изгиба должен в 12 раз превышать диаметр кабеля, однако при прокладке с натяжением рекомендуется удваивать это соотношение. Большинство направляющих устройств можно использовать как для волоконно-оптических, так и для металлических кабелей, однако при работе с большими строительными длинами может потребоваться много направляющих элементов, причем все они должны иметь малый вес и малое трение.

2.1.4 Технология прокладки ОК в кабельной канализации

При прокладке очень больших длин волоконно-оптического кабеля необходимо рассчитать максимальное натяжение кабеля, которое можно сравнивать с установленными механическими характеристиками данного кабеля в ТУ. Если эти значения близки, то рассматривается вопрос о методах, обеспечивающих возможность прокладки, таких как альтернативное применение другой конструкции кабеля, укорочение трассы, изменение трассы или направления прокладки, использование промежуточных лебедок, либо принятие специальных мер предосторожности в конкретных местах.

Расчет максимального натяжения ОК согласно трассы кабельной магистрали приведен на рис. 11.



Рис. 11. Схема трассы кабельной магистрали

Натяжение кабеля рассчитывается по выражениям (1), (2) и (3), при этом натяжение в конце секции на прямолинейном участке T_l определяется как

, (5)

где Т₀ - натяжение ОК в начале секции;

Т_n - натяжение ОК, полученное на длине этого участка.

Натяжение ОК на секции с наклоном T_l определяется из выражения

, (6)

где Т_б - натяжение ОК на участке с углом наклона;

а на секции с изгибом б₁ из выражения

. (7)

Суммарная величина натяжения ОК равна сумме натяжений на каждой секции. Результаты расчетов натяжения ОК по маршруту А - G (рис. 11) представлены в табл. 3.

В расчетах было принято Р₀ = 0,92 кг/м, К_Т = 0,55.

После проведения расчетов натяжения ОК в зависимости от рельефа трассы определяют первый колодец, с которого начинают прокладку кабеля. Если трасса прямолинейна, имеет не более одного-двух угловых колодцев, на ней отсутствуют изгибы и снижения, то за одну протяжку можно затянуть в одном направлении всю строительную длину кабеля. Если трасса не прямолинейна, имеет больше двух угловых колодцев и т. д., необходимо определить первый колодец и проложить кабель от этого колодца в двух направлениях. Желательно, чтобы это был угловой колодец.

Таблица 3. Результаты расчетов натяжения ОК

Секция	Длина, м	Натяжение, кН	Наклон, радианы	Натяжение, кН	Отклонение, радианы	Натяжение, кН	Суммарное натяжение, кН
А-В	250	-	0,10	1,47	-	-	1,47
в В	-	-	-	-	1,57	3,49	3,49
В-С	160	-	0,17	4,51	-	-	4,51
С-D	100	5,01	-	-	-	-	5,01
D-Е	20	5,11	-	-	-	-	5,11
в Е	-	-	-	-	0,79	7,87	7,87
E-F	60	8,16	-	-	-	-	8,16
в F	-	-	-	-	0,52	10,88	10,88
F-G	200	-	0,13	11,65	-	-	11,65

Примечание. Если в каждом канале проложено не по одному кабелю, величина натяжения может сильно возрасти, поэтому следует учитывать этот фактор и применять при расчетах поправочные коэффициенты. Коэффициенты изменяются в зависимости от числа кабелей, материалов, из которых выполнены кабель и его оболочка, геометрических размеров кабеля и канала кабельной канализации, гибкости кабеля и т. д. Значения могут составлять порядка 1,5-2 для двух кабелей, 2-4 для трех и 4-9 для четырех.

С барабана удаляют обшивку и устанавливают со стороны трассы прокладки так, чтобы смотка шла сверху. Барабан должен свободно вращаться от руки. Конец кабеля освобождают от крепления к барабану, от защитного колпачка, очищают, заделывая в одном из приспособлений ЧСК-12; ЧСК-12К; НКС. Тяжение кабеля производится за центральный силовой элемент и оболочку. Компенсатор кручения с заготовочной проволокой соединяют обычной скруткой. Скрутка не должна выступать за габариты наконечника и компенсатора кручения.

Кабель прокладывают с помощью лебедки с ограничителем тяжения, вращение ее должно быть равномерным без рывков. С противоположной стороны кабель разматывают с барабана вручную. Разматывать барабан тяжением кабеля недопустимо. Во время прокладки необходимо следить за прохождением кабеля через угловые колодцы; он должен проходить по центру поворотного колеса и фиксироваться прижимными роликами. Средняя скорость прокладки кабеля составляет 5...7 м/мин.

Если из-за сложного рельефа трассы тяговое усилие лебедки превышает допустимое значение, в транзитных колодцах ОК подтягивают с усилием не более 600... 700 Н. Подтягивание может осуществляться вручную в промежуточных точках. При подтяжке кабеля нельзя упираться ногами в стенки колодца или его арматуру. Нельзя также допускать перегибов кабеля в руках. Необходимо следить, чтобы не образовалась петля и чтобы кабель равномерно уходил в противоположный канал. Для обеспечения синхронности подтяжки ОК необходима служебная радиосвязь для подачи команд.

Если из соображений ограничения нагрузки невозможна прокладка больших строительных длин волоконно-оптического кабеля при расположении тянущего устройства только на одном конце, то применяют метод разделения продольной нагрузки. В зависимости от условий прокладку выполняют либо статическими, либо динамическими методами.

Самый элементарный статический метод известен как «метод восьмерки», при котором барабан с кабелем располагают в промежуточном пункте, а кабель сматывают с барабана в одном направлении данного маршрута с помощью обычного метода протяжки с одного конца. После этого оставшийся кабель снимают с барабана и укладывают на земле в виде восьмерки. Затем лебедку перемещают на другой конец секции и кабель протягивают с одного конца. При этом методе необходимо место для размещения кабеля, укладываемого восьмеркой.

Более сложным является метод разделения динамической нагрузки; он требует и большего объема оборудования, и его установки. Однако в этом случае кабель прокладывают в одном направлении непосредственно с барабана с помощью специальных кабельных лебедок на промежуточных пунктах. Максимальная нагрузка, приходящаяся на кабель, зависит от расстояния между промежуточными пунктами. При использовании промежуточных лебедок все усилия переходят на оболочку кабеля; т.е. следует принимать в расчет конструкцию конкретного кабеля. Использование промежуточных или распределенных лебедок требует хорошего согласования, синхронизации и связи между промежуточными пунктами в процессе проведения работ. Промежуточные лебедки типа кабестан могут вызвать дополнительно перекрутку кабеля.

По окончании прокладки конец кабеля возле наконечника (чулка) обрезают и герметизируют полиэтиленовым колпачком.

Оптические кабели выкладывают по форме транзитных колодцев, укладывают их на консоли соответствующего ряда в ближайших к кронштейну ручьях (желательно на первое консольное место) и закрепляют перевязкой. Выкладываемый кабель не должен перекрещиваться с другими кабелями в том же ряду, и заслонять собой отверстия каналов.

Запас кабеля, оставляемый в колодце для монтажа муфты, сворачивают кольцами диаметром 1000...1200 мм, укладывают к стене и прикрепляют к кронштейнам. При последующем монтаже муфты в монтажно-измерительной машине запас кабеля после выкладки составляет 8 м, а при монтаже муфты в колодце (в зависимости от типа колодца) - 3... 5 м.

После выкладки кабеля снимают все противоугоны, направляющие воронки, другие устройства и устанавливают их на следующем участке трассы. Затем производят контрольное измерение затухания ОВ, которое должно быть в пределах установленной километрической нормы. После проверки проложенной длины полиэтиленовые колпачки на концах кабеля должны быть восстановлены.

2.2 Прокладка ОК в трубах, лотковой канализации, коллекторах и туннелях

В трубах кабели прокладывают так же, как и в каналах телефонной канализации. На выходе кабеля из трубы канал герметизируется.

В лотковую канализацию кабели прокладывают с барабана, установленного на транспортере или в кузове автомобиля на козлах. Перекрытия лотков снимают и укладывают на землю по одну сторону лотков. Вдоль другой стороны канализации везут барабан, разматывают кабель и укладывают его на консоли или на дно лотков. После прокладки всей строительной длины кабель перекладывают со дна лотков на консоли. Если вдоль канализации нельзя проехать, то барабан устанавливают на земле на козлах и кабель разносят на руках.

Для протягивания ОК в коллекторах (туннелях) используют практически те же технические средства, что и при протяжке в кабельной канализации и укладке их в открытую траншею. Кабель во избежание локальных трещин и остаточного напряжения поддерживают желобами, соединительными плоскими лентами и т.д.

Технологическая последовательность прокладки ОК в коллекторах принципиально не отличается от традиционных приемов и способов, но необходимо более строго следить за соблюдением допустимого радиуса изгиба кабеля. Преграды и другие препятствия могут налагать ограничение на длину протягиваемого кабеля, кроме того, при значительных вертикальных подъемах принимаются специальные меры, чтобы возникающие при этом нагрузки не превышали допустимых.

В коллекторы мелкого заложения кабели затягивают через люк. Внутри коллектора кабели тянут по роликам или разносят на руках. В коллекторы глубокого заложения и в тоннели метро кабели подают через вертикальные шахты: их либо спускают с барабана с одновременным креплением кабеля к несущему канату через каждые 1,5-3 м, либо поднимают с опущенного вниз барабана путем тяженйя каната за надетый на кабель концевой чулок. В вертикальных шахтах кабели крепят накладками к скобам, заделанным в бетонированных стенах или закрепленным к побингам. В тоннелях метро кабели прокладывают с грузовых платформ, а в транспортных тоннелях - с транспортеров или автомобилей. Первоначально кабели выкладывают и выравнивают на дне коллектора или тоннеля, а затем перекладывают на консоли.

В шахты станций кабели затягивают из станционного колодца или подают из коллектора.

Вытягивание кабеля из канализации производят после демонтажа всех муфт на заменяемом участке и выполнения оконечных заделок на концах рабочих кабелей. Кабели, не подлежащие дальнейшему использованию, вытягивают канатом, прикрепленным к надетому на кабель концевому чулку. Канат тянут лебедкой, установленной от колодца на расстоянии, равном длине вытягиваемого участка кабеля, или автомашиной. На выходе из канала, люка и в колодце во всех местах, где кабель соприкасается с его частями, подкладывают кабельные колена. На поверхности земли кабель тянут по роликам. Вытянутый кабель наматывают на барабан.

Кабели, подлежащие дальнейшему использованию, вытягивают короткими участками тяжением каната за надетый на конец кабеля сквозной чулок. Вытянутые участки кабеля наматывают на барабан. Затем канат отпускают, сквозной чулок перемещают по кабелю ко входу в трубопровод и снова вытягивают кабель.

2.3 Прокладка ОК в грунт

При прокладке волоконно-оптического кабеля непосредственно в грунт применяются обычные методы прокладки. Глубина прокладки, та же что и для металлических кабелей, однако интенсивность трафика или какие-либо соображения безопасности могут потребовать прокладки кабеля на большей глубине. При прокладке кабеля в траншее необходимо выбирать такие материалы и способы засыпки, чтобы усилия, воздействующие на волокно, не превышали предельных значений.

Оптический кабель прокладывают в грунтах всех категорий (кроме подверженных мерзлотным деформациям), при пересечении неглубоких болот, несудоходных и несплавных рек со спокойным течением (с обязательным заглублением). Способы прокладки ОК через болота и водные преграды должны определяться отдельными проектными решениями.

Прокладка ОК в грунт может выполняться ручным способом в ранее отрытую траншею или бестраншейным с помощью ножевых кабелеукладчиков. Если используется защитный трубопровод, то можно сначала в грунт укладывать трубопровод (полиэтиленовая труба с внешним диаметром до 34 мм), а затем в него затягивать ОК, либо прокладывают трубопровод с заранее уложенным в него ОК.

Трассовая прокладка кабелей связи - это сложный процесс в техническом и организационном плане; он еще более усложняется для ОК, имеющих большие строительные длины. От линейного персонала требуется тщательное изучение местности и условий трассы, четкая и продуманная подготовительная работа, технологически обоснованный проект производства работ и строгая исполнительская дисциплина. Особое внимание уделяется выбору трассы, способам и средствам прокладки ОК на каждом участке трассы. Для обеспечения безопасности прокладки и минимальной вероятности его замены необходимо учитывать такие факторы, как топографическую карту местности, типы грунтов, возможность доступа к кабелю при любых погодных условиях, возможность ремонта, удаление трассы кабеля от подземных коммуникаций и т. д.